TUGAS AKHIR KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS DAN PENURUNAN TEKANAN PIN FIN COOLING SUSUNAN SEGARIS PADA TRAILING EDGES SUDU TURBIN GAS Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh : ADNAN ARIF FAISHAL NIM : D200 110 079 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
18
Embed
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK …eprints.ums.ac.id/41591/4/HALAMAN DEPAN.pdfHarapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca. Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
TUGAS AKHIR
KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS DAN
PENURUNAN TEKANAN PIN FIN COOLING SUSUNAN
SEGARIS PADA TRAILING EDGES SUDU TURBIN GAS
Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar
Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh :
ADNAN ARIF FAISHAL
NIM : D200 110 079
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
ii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi
dengan judul : “KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS DAN
PENURUNAN TEKANAN PIN FIN COOLING SUSUNAN SEGARIS
SEGARIS PADA TRAILING EDGES SUDU TURBIN GAS” yang
dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana
S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan
merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah
dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan dilingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau
instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya
cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, Februari 2016
Yang menyatakan,
Adnan Arif Faishal
iii
iv
v
vi
MOTTO
“Kita Bukan Apa Yang Kita Katakan, Tapi Apa Yang Kita Kerjakan”
-Adnan Arif Faishal-
“Hidup Bukan Hanya Tentang Uang Dan Kekuasaan”
-Budi Rochadi-
“Jadilah Sampah Yang Bermanfaat Daripada Jadi Pejabat Yang Serakah”
-Hari Bowo-
“Sejauh Apapun Kamu Berkelana, Sehebat Apapun Kamu Berkarya, Kamu Tetaplah Malaikat Kecil Bunda”
-Pahlawan yang tak mau disebut berjasa, IBUNDA-
vii
PERSEMBAHAN
Puji syukur Alhamdulillah, hamba panjatkan atas rahmat, karunia
dan keridhaan Allah SWT yang menggenggam dan memiliki seluruh jiwa
ini. Berkat ilmu yang Ia berikan kepada penulis dan campur tangan-Nyalah
karya sederhana ini dapat terselesaikan dengan baik. Dengan rasa syukur
karya ini penulis persembahkan untuk :
Ibunda tercinta Etty Viveria C. Bekti Rochayati serta ayah tercinta
Sapto Winarno yang telah mendidik dengan penuh kasih sayang,
Terima kasih atas segala yang telah kalian berikan. Saat ini hanya
beberapa karya serta do’alah yang mampu aku berikan pada kalian
sebagai balasan atas apa yang telah kalian berikan kepada ku.
Adik-adikku tersayang Afif Faruq Etwin Raharjo dan Zahra Faras
Etwina Qhoiriah terimakasih atas doa dan semangatnya
Sang mentari yang selalu cerewet dipagi hari AMD, terima kasih
senyum dan semangatnya
Bapak Bambang Waluyo F, ST., MT selaku kepala laboratorium
CAD/CAM/CATIA terimakasih untuk kesempatan yang diberikan
kepada penulis untuk menimba ilmu selama menjadi asisten trainer.
Sahabat dan teman perjuangan Doni, Ekno, Punto, Endri terima
kasih atas support dan kerja samanya selama penelitian.
Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2011, terutama teman-teman
dari pesisir gumpang Toriq, Maret, Andy, Agus, Shobar, Abdul, serta
teman-teman lain yang tidak bisa disebut kan satu persatu terima
viii
kasih atas bantuan dan dukungannya selama menempuh masa
perkuliahan.yang selalu memberikan pelajaran berharga yang tidak
bisa dinilai dengan materi, sehingga penulis bisa sampai pada titik
ini.
Teman-teman alumni SMA N Kebakkramat, dan SMP 1
Kebakkramat, terima kasih atas dorongan dan motivasinya.
LPM CAMPUS, Keluarga Mahasiswa Teknik Mesin (KMTM) UMS,
dan LAB CAD/CAM/CATIA sebagai tempat bagi penulis menimba
pengalaman selama masa perkuliahan.
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan
karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas
Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan
Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat
bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh
keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo BR. ST. MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Nur Aklis , ST., M.Eng selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin
yang membantu dalam proses-proses administrasi selama masa
Penelitian dengan metode CFD ini membahas mengenai sistem pendingin pada turbin gas, model eksperimen terdiri dari tujuh barispin fin dengan susunan segaris. Simulasi dibagi dalam dua tipe, yaitu warm test dan cold test, warm test dilakukan pada kondisi isothermal dan digunakan untuk mengetahui karakteristik perpindahan panas, sedangkan cold test dilakukan dengan kondisi adiabatik digunakan untuk mengetahui faktor gesekan.
Penelitian dibagi menjadi dua tahap. Tahap pertama merupakan tahap validasi, dimana pada tahapan ini disimulasikan pin fin dengan konfigurasi selang-seling berdasarkan penelitian terhadahulu. Tiga tipe mesh masing masing mesh A (Δy+ = 11.83) mesh B (Δy+ = 4.53058) dan mesh C (Δy+ = 1.23), akan disimulasikan dan hasilnya dibandingkan. Pada tahap kedua mesh dengan tingkat kesalahan terendah akan digunakan pada pengujian dengan konfigurasi pin fin segaris. Pada dua tahapan percobaan tersebut digunakan persamaan k-ɛ sebagai turbulence model
Hasil penelitian menunjukan mesh C yang memiliki Δy+ = 1.23 menghasilkan nilai yang tidak jauh berbeda dengan hasil penelitian terdahulu yang memiliki konfigurasi selang-seling, sehingga mesh C akan digunakan pada pengujian pin berkonfigurasi segaris. Jika konfigurasi segaris dan selang-seling dibandingkan, dapat disimpulkan bahwa konfigurasi pin fin selang-seling memiliki nilai koefisien perpindahan panas dan penurunan tekanan yang lebih besar dari pada pin fin berkonfigurasi segaris. Besarnya nilai penurunan tekanan pada kedua konfigurasi menunjukan tren kenaikan ketika angka Reynolds meningkat, sedangkan nilai koefisien perpindahan panas mengalami fluktuasi pada tiap susunan pin fin, hal ini terjadi karena luas penampang perpindahan panas dan angka Reynolds yang memiliki nilai beragam.
This CFD study presents the performance evaluation of a blade cooling passage. An experimental model with seven-row of inline circular pin-fins is chosen in this study. Simulations consider two types; i.e. ‘warm’ test with isothermal wall condition and ‘cold’ test with adiabatic wall condition respectively, in order to evaluate flow and thermal characteristics such as heat transfer coefficient (HTC) and friction factor (f).
The steady RANS with k-epsilon turbulence model was carried out by two-stages investigating: firstly, validation of an existing circular staggered array of pin-fin cooling that has been experimentally studied by other researcher. Three types structured mesh from coarse (Δy+ = 11.83) to fine (Δy+ = 1.23) were applied for validation. Secondly, further investigation of the circular pin-fin cooling with in-line array was simulated by adopting the same scenario of mesh generation based on the optimum result from validation stage. Simulations were performed by keeping the same initials and boundary conditions as experiment, and varying Reynolds number between 9.000 and 36.000.
The result indicates that the CFD predicted data can be considered acceptable by generating mesh up to 1.6 million elements with fine resolution (Δy+ = 1.23). The CFD predicted HTC and pressure loss are in good agreement with available experimental data, though over-prediction data is clearly seen after the second pin-fin row for warm simulation. By comparing the pin-fin array between “staggered” and “in-line”, it was found that the HTC of staggered array is higher than the in-line orientation. It is due to the staggered layout causes to intensify the coolant flow around the pin-fin. The HTC of pin-fins surface increases moderately along the cooling passage due to the increase of flow turbulence that caused by contraction channel and increasing Reynolds number. Whilst, the friction factor decreases gradually along the cooling passage.
Key words : Pin-fin cooling; Computational fluid dynamics; Heat transfer coefficient
xiii
DAFTAR ISI Halaman Judul ....................................................................................... i
Pernyataan Keaslian Skripsi .................................................................. ii
Halaman Persetujuan ............................................................................ iii
Halaman Pengesahan ........................................................................... iv
Lembar Soal Tugas Akhir ...................................................................... v
Halaman Motto ....................................................................................... vi
Halaman Persembahan ......................................................................... vii
Kata Pengantar ...................................................................................... ix
Abstraksi ................................................................................................ xi
Daftar Isi ................................................................................................ xiii
Daftar Gambar ....................................................................................... xv
Daftar Tabel ........................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ........................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................. 3
1.3 Tujuan Penelitian .................................................................... 4